République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Ibn Khaldoun Tiaret

Faculté des Sciences et des Sciences de l’Ingénieur

MémoirePrésenté au Département de Génie Electrique

en vue de l’obtention du titre de

Magisteren Electrotechnique

Option: Commande des Processus Electriques

ThèmeContribution de l’UPFC à la stabilisation d’un réseau

électrique monomachine 400KV perturbé 

Mémoire préparé au sein du Département de Génie Electrique – Tiaret 2007

par Boudhiaf Mohamed

Ingénieur en Electrotechnique de l’Université de Tiaret

Introduction généraleL’exploitation de réseaux de plus en plus complexes et au plus près de leurs limites entraîne l’utilisation accrue des dispositifs FACTS qui s’avèrent très utiles.

L’UPFC est l’un d’entre eux et ce sera ce dispositif qui fera l’objet de notre travail.

Sa performance sera étudiée sur un réseau test monomachine 400KV siège d’un court circuit triphasé.

Une comparaison de l’effet de ce dispositif avec celui de la régulation conventionnelle sera effectuée afin de montrer l’efficacité de ce type de FACTS.

L’introduction de la méthode de Lyapunov et la méthode de mode de glissement sera utilisée dans la commande de l’UPFC et la robustesse du système sera examinée

Stabilité du système électrique

Stabilité de la fréquence

Stabilité de la tensionStabilité de l’angle rotorique

CLASSIFICATION DE LA STABILITÉ D'UN SYSTÈME ÉLECTRIQUE.

Réseau test

Réseauinfini

S

BA C

G

T

P

Régulation de la tension

Régulation de la vitesse

Variation de tension de sortie du générateur.

Résultats de simulation pour un court circuit au point P du réseau non réguléTemps critique d’élimination du défaut =245ms

Variation de puissance électrique du générateur.

Variation de vitesse du générateur

Variation de l’angle de charge du générateur.

Effet de la régulation classique

Variation de tension de sortie.

Variation de puissance électrique.

Variation de vitesse.

Variation de l’angle de charge du générateur

Effet du régulateur de vitesse.

Effet du régulateur de tension

4 Types de FACTS

FACTS parallèles

SVC :

STATCOM :

SMES :

FACTS série

TCSC TCSR

SSSC

FACTS hybrides

TCPARIPFC

FACTS déphaseur

RPI

UPFC est un dispositif FACTS hybride

sin'

X

VVp T

Modélisation de l’UPFC

Circuit équivalent du système étudié

Equations régissant le système dans Park :

q

d

sq

sd

q

d

q

d

q

d

V

V

V

V

V

V

Li

i

r

Lr

L

i

i

dt

d 1.

q

d

sq

sd

pq

pd

ppq

pd

p

p

p

p

pq

pd

V

V

V

V

V

V

Li

i

r

Lr

L

i

i

dt

d 1.

Φ de π/2 rad à 3π/2 rad, Vs=0.01pu :

Variation de la puissance active Variation de la puissance réactive

déphasage Φ de 0 rad à π rad, Vs=0.01pu

Variation de la puissance active Variation de la puissance réactive

Φ = π/2 rad :

Variation de la puissance active Variation de la puissance réactive

Φ = 0 rad :

Variation de la puissance active Variation de la puissance réactive

CONFIGURATIONS DES CIRCUITS DE RÉGLAGE

Configuration du circuit de réglage du convertisseur parallèle

Boucle ouverte : Boucle de régulation de courant :

Boucle de régulation de tension continue :

Configuration du circuit de réglage du convertisseur série

boucle ouvert Découplage par Watt Var

Schéma de réglage complet de convertisseur série

Association des configurations parallèle et série

Asservissement et Réglage des caractéristiques de réseau testUPFC utilisant l’association des deux configurations

Asservissement

Puissance active transportée sur la ligne Puissance réactive transportée sur la ligne

Tension de compensation série

Tension continue aux bornes de condensateur Vdc

Tension de compensation parallèle

Phase de courant parallèle et sa référence

Tension de sortie du générateur

Vitesse du générateur

Réglage

Variation de puissance active transportée sur la ligne

Variation de puissance réactive transportée sur la ligne

Variation de la tension de sortie Variation de la tension continue Vdc

Variation de la vitesse Variation de l’angle de charge

Variation de la tension de compensation parallèle

Variation de la tension de compensation série

Théorie de Lyapunov Fonction de Lyapunov

a) le système est asymptotiquement stable si

b) il est L. stable si

c) il est exponentiellement stable si

La synthèse par Lyapunov consiste à prendre une commande U(x) telle que l’équation (a) soit vérifiée.

Contrôle avancé non linéaire de l’UPFC utilisant la théorie de Lyapunov et le mode de glissement

Modèle d’état

Application pour le réglage de l’UPFC (Réglage des courants)

Le modèle de réseaux électriques donnée par l’équation suivante :

La fonction de Lyapunov est :

Pour obtenir une dérivée de la fonction de Lyapunov négative, la fonction de commande doit être sous la forme :

on obtient l’équation ci-dessous :

Réglage par mode de glissement

Application pour le réglage de l’UPFC (Réglage de la tension continué)

La synthèse par mode glissement consiste à prendre une surface d’une forme :

Contrôle de la tension basé sur la formule :

La boucle de régulation de tension continue est donnée par la figure suivante :

assure l’attractivité de la trajectoire vers la surface de glissement. Pour se faire, il suffit de choisir la commande :

Condition d’attractivité : S.S’<0

Modèle de simulation de l’UPFC réglé par Lyapunov et par mode de glissement

L’asservissement des puissances :

Variation de puissance active transportée sur la ligne

Variation de puissance réactive transportée sur la ligne

Variation de tension continue aux bornes de condensateur

contrôle de courant transporté sur la ligne

Simulation du système perturbé en présence de l’UPFC

Variation de puissance active transportée sur la ligne

Variation de puissance réactive transportée sur la ligne

Variation de tension continue aux bornes de condensateur

variation de tension de sortie du générateur

Variation de vitesse du générateur Variation de l’angle de charge du générateur

Etude de la robustesse

(a) (b)Variation de puissance active transportée sur la ligne

(a) (b)

Variation de puissance réactive transportée sur la ligne

(a)

(b)Variation de tension continue Vdc aux bornes de condensateur

Conclusion générale

-Le variateur de charge universel dit UPFC est un système FACTS puissant permettant le réglage simultané des puissances active et réactive transitant dans un réseau. -Les performances de réglage a montré nettement que l’UPFC est le dispositif le plus efficace sur la stabilisation d’un réseau quand le système est perturbé en grands mouvements.

-Les résultats obtenus montrent que les contrôleurs de types avancés tels que l’algorithme de Lyapunov et la commande par mode de glissement donnent une meilleure réponse transitoire par rapport au PI.

Ils présentent en outre l’avantage de la robustesse en cas de variations paramétriques du réseau contrairement au régulateur PI qui ne tolère aucune variation paramétrique.

Merci pour votre attention